高尔夫球杆喷漆烘干生产线设计

目 录

摘要 .............................................................. 4 Abstract ......................................................... 6 第一章、绪论 .................................................... 7

1.1 课题的研究背景和历史意义 ................................... 8 1.2 高尔夫球喷漆烘干线的发展现状及应用 ........................10

第二章、高尔夫球喷漆烘干线总体结构的设计 ................12

2.1 高尔夫球喷漆烘干线的工作原理 ..............................13 2.2 机械传动部分的设计计算 ....................................14 2.2.1电机的选择 ............................................15 2.2.2减速器的设计计算 ......................................16 2.2.3 V带传动设计计算 ......................................16 2.3.4轴的设计计算 ..........................................16 2.2.5轴承选择 ..............................................16 2.2.6键的选择 ..............................................17

第三章、机架的设计 ............................................17

3.1机架设计一般要求 ..........................................18 3.2支撑结构 ..................................................20

第四章、PLC控制系统的设计 ..................................19

4.1 PLC简介 ..................................................19 4.1.1 PLC的定义 ............................................20 4.1.2 PLC的用途 ............................................23 4.2 PLC控制系统在烘干线里的实现 ..............................23

第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核 ............. 22

5.1轴承强度的校核 ............................................23

5.2方管强度的校核 ...........................................23 5.3传动轴强度的校核 .........................................24

第六章、结构设计及三维建模 ................................25

6.1电机的三维建模 ...........................................25 6.2立柱的三维建模 ...........................................26 6.3风机的三维建模 ...........................................27 6.4方管的三维建模 ...........................................28 6.5高尔夫球喷漆烘干线的三维建模 .............................29

第七章、三维软件设计总结 ....................................31 结论 .............................................................32 致谢 .............................................................33 参考文献 ........................................................34

摘 要

高尔夫球杆是高尔夫球运动中的基本装备,由球头、杆身、握把组成。按球杆的不同用途，和球杆被设计成不同的杆头形状和杆身长度，这样高尔夫球杆大致可分为木杆、铁杆、挖起杆以及推杆，还有一种介于铁杆和木杆之间的球杆，叫混合杆，又叫铁木杆。

木杆最早是以红柿木制成的。因为木头遇水会膨胀，早期雨天击球球杆使用后都会送到pro shop保养；后来才演变使用不同的材质制造。铁、不锈钢、炭纤维、钛金属都有使用到。

目前最流行的球杆材质应是钛金属。除了不须费时保养外，钛金属的反弹效益较强，可打较远，现今许多球场因无法增加长度距离，因此对职业选手选用木杆的反弹系数有一定的规格，USGA规定反弹系数不大于0.83。除开球用的1号木杆外，球道木杆尚有3、4、5、7、9。对女生而言3、4木较难打，所以才会推出仰角更高的7号或9号木出现。铁木杆是介于铁杆和木杆之间的球杆，叫混合杆，又叫铁木杆。 铁杆分长中短杆，长铁杆通常指的是3号4号，5、6、7为中铁杆，短铁杆则为8、9、10。近来使用长铁杆的人越来越少，多数改以小鸡腿代替。长铁杆通常不容易打高，容易产生右曲球。长铁杆因为角度小，碰上大逆风时，就派得上用场。 高尔夫球杆的表面处理有很多种，其中最主要的是涂装处理，涂装的前处理和后处理，预处理部分主要是脱脂，水洗，表调，磷化，等部位，如果需要的工件表面层的效果是好的，会有的电泳过程，但制造成本会变得非常高，一般的高尔夫俱乐部都不太可能使用这个过程。前处理后处理，以提高质量的油漆的效果，因此，后处理步骤一般是两油漆和涂料干燥工序。 根据技术要求的不同，高尔夫俱乐部俱乐部后处理步骤也可以使用喷雾喷粉烤漆，电镀取代，但电镀装饰效果不强，他们仍然需要喷清漆，以提高其审美效果。

关键词：高尔夫球杆、烘干、喷漆、装饰效果

absraote

With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools.

It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.

Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarilytoreasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non-linear, strong-coupling, fleet and absolutely instable.It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow-up and track, therefore.This paper studies a control method of double inverted pendulum .

First of all, the mathematical model of the double inverted pendulum is established, then make a control design to double inverted pendulum on the mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by using genetic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. Finally, the simulation of the system is made by .After several test matrix value the results are not satisfactory response, then we optimize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The system response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorith.

Key word: Golf shaft； cylinder； pneumatic loop；.system strucer

第一章 绪论

1.1课题的研究背景和历史意义

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：

建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。

机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全

部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。

机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。

研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。

这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。

19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战

结束的前后期间达到了最高峰。

由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。

人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。目前的涂漆方式是手工刷涂，效率低，操作环境恶劣，涂覆质量差，急需改进，实现自动或半自动喷涂。

高尔夫球杆喷漆烘干输送线是一种流水线作业的典型设备，通过人工放置待喷漆的高尔夫球杆在固定的吊具上面，而后随着输送链的移动，高尔夫球杆随着输送线依次进入喷漆和烘干工序，然后随着输送线运动到装有凸轮解锁机构的位置，喷漆烘干好后的高尔夫球杆自动落料。

1.2 高尔夫球杆喷漆烘干输送线的发展现状及应用

目前，国外已大量应用流水线综合作业技术，自动喷漆烘干生产线成套装备已成为国内高尔夫球杆喷漆、烘干工艺的主流以及未来各种需表面处理的产品的发展方向。

当今社会，高尔夫球杆喷漆烘干输送线已经成为对各种材质高尔夫球表面处理技术系统的重要的组成部分。为了更好的研究高尔夫球杆喷漆烘干输送线的工作组成原理，发现及改进其不足之处，本课题所研究的是高尔夫球杆喷漆烘干输送线的设计。此次研究的主要问题在于系统的传动结构布局、喷漆和烘干的问题。高尔夫球杆喷漆烘干输送线循环运送高尔夫球杆时，其驱动电机的运行工矿有别于一般的高尔夫球杆喷漆烘干输送线。由于运转上的需要，在结构上有特点，控制上有特殊要求。高尔夫球杆喷漆烘干输送线的制动装置及其控制技术尤为关键。若制动装置设计的不合理，很容易发生漏喷，错喷事件，从而对产品的不良率造成影响，给高尔夫球杆的生产的其他部门带来影响。如何实现喷涂和烘干工艺的合理性，逐渐向智能化、自动化、人性化方向发展，是目前高尔夫球杆喷漆烘干输送线的发展方向，也是本课题的研究目的和意义所在。相信随着课题的不断深入，对高尔夫球杆喷漆烘干输送线将会有更深入的了解，为以后的学习也能打下夯实的基础。

第二章、高尔夫球杆喷漆烘干输送线总体结构的设计

2.1 高尔夫球杆喷漆烘干输送线控制系统的控制原理

高尔夫球杆喷漆烘干输送线是一种流水线作业的典型设备，通过人工放置待喷漆的高尔夫球杆在固定的吊具上面，而后随着输送链的移动，高尔夫球杆随着输送线依次进入喷漆和烘干工序，然后随着输送线运动到装有凸轮解锁机构的位置，喷漆烘干好后的高尔夫球杆自动落料。其结构布局图如下：

2.2 机械传动部分的设计计算

2.2.1电机的选择

已知整个高尔夫球杆喷漆烘干输送线设备系统中高尔夫球杆与零件的重量，我们取总重量为100Kg，输送线移动速度为1~2r/min。即：

G?mg?100X10?1000NV??Dn?3.14X0.1X40?17.5mm/s 具体的电机设计计算如下:

G?WN=

?＝3.7(KW)

G－电机的负载

?－传动效率，取0.75

所以根据N＝0.18kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1选用Y112M-4，再查B1

表10-4-2得Y112M-4电机的结构。

2.2.2减速器的设计计算

电机转速3000r/min，链条运动速度17.5MM/S，

v??d1n160?1000

由公式

n?60?0.1?1000?109r/min??17.5 i?3000?27.5总传动比109

一般链传动的传动比为不大于30在这里合适，我们算得减速器的减速比为大致为1:20-1:50之间。

本次设计选用减速器我们选用蜗轮蜗杆减速器，厂家为珠江减速器。

2.2.3 V带传动设计计算

1）设计功率

Pd

P?KA?P?1.2?4?1.0kw d

KA－工况系数，查B1表8－1－22 ，取KA＝1.2 P－传递的功率 2）选定带型 根据

pd和n1查B1图8－1－2选取普通V带A型，n1－小带轮转速，为1440r/min

2.2.3 传动比

n11440?818018r/mini0?n 1.76 2＝i＝1.76

3）小带轮基准直径

dd1（mm）

由B1表8－1－12和表8－1－14选定

dd1＝100mm>

ddmin＝75r/min （mm）

4）大带轮基准直径

dd2dd2?i?dd1?1.76?100?176cmdd2=180mm

由B3表8－7得

5）带速验算

v??ddn11

60?1000???100?144060?1000?7.54m/s?vmax?25?30m/s

6）初定轴间距a0（mm）

a0?2(dd1?dd2)?280mmLd0

7）所需带的基准长度

Ld0?2a0?（mm）

(dd2?dd1)24a0?2

(dd1?dd2)?

8022?280??280?24?280 ＝

? ＝886mm 依B1表8－1－8取8）实际轴间距 a

a?a0?Ld?Ld02?280?900?886＝287mm2

Ld＝900mm，即带型为A－900

9）小带轮包角?1

?1?180??180???dd2?dd1a

?57.3?

=

80?57.3?287

= 164

10)单根V带的基本额定功率p1 根据带型号、

dd1和n1普通V带查B1表8－1－27（c） 取1.32kw

11) i?1时单根V带型额定功率增量?P1

根据带型号、n1和i查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 12)V带的根数Z

Pd4.8??3.9?4Z =(p1??p1)kakL(1.32?0.15)?0.96?0.87

ka－小带轮包角修正系数查B1表8－1－23,取0.96 kL－带长修正系数查B1表8－1－8，取0.87

13)单根V带的预紧力

F0

Pd2.5F0?500(?1)?mv2kaZv

500(2.54.8?1)?0.1?7.5420.964?7.54

=

=134（N）

m－V带每米长的质量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 14)作用在轴上的力

F??2F0ZsinF?

?1?2?134?4?sin82??1061(N)2

F?max?3F0Zsin?1?3?134?4?sin82??1592(N)2

F?max－考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍

2.3.4轴的设计计算

轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴上才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较小，制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选用材料45#，传动轴最大外圆直径30，热处理为对轴进行调质处理。

主传动轴大致图形如下：

2.2.5轴承选择

轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小，而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用深沟球轴承带防尘罩，型号为6206。

2.2.6键的选择

键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其中有 类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，

传动轴上主要的零件主要是通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用 常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点 表5-3-15选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的b×h根据 径来确定。

轴和带轮的联结，d=30mm, 参考资料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979) 选用B10×25普通A型平键，键长为25㎜。

第三章、机架的设计

机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。其中，刚度是评定大多数机架工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度，有时还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都 需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须要注意。

3.1 机架设计的一般要求

在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；抗振性好；由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；结构力求便于安装与调整，方便理和更换零部件； 初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求，多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右端机架采用型钢结构，主要由槽钢，矩形方管，和钢板焊接而成，重量轻，成本底，材料利用充分。焊接时应注意以下几点：

材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考虑到材料的可焊性选用25钢；合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短，主要焊线要连续；提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收固定；合理选择截面形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊缝尺寸。

3.2 支撑机构

在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。按机架分类所用材料分类，圆锥筛采用的是金属焊接机架。主要是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。强度、刚度、稳定性是机架设计的主要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。设计机架通过了以下几个设计步骤：

（1）初定机架的形状和尺寸 机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零件和部件的 形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决与所受载荷、运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定出机架的结构形状和尺寸。由于在小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由钢板、型钢、铸钢焊接而成的机架。机架的大致尺寸为长6500㎜、宽1560㎜，高540mm,要考虑具体形状和电机、立柱的安装还有电机的固定位置。

（2）机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到矩形方管的等边性把矩形方管用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子，两边矩形方管分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单轻便。同样矩形方管上面是四块矩形方管焊接的一个长方形用来支撑板，板在矩形方管上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。而下面是由两个空心钢来支撑电机下的板，空心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象。

（3）作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的距离 相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断，主要焊缝联系。减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理等。

（4）尽可能采用标准型材，板材，减少加工量。机架主要由空心钢、矩形方管、钢板等型钢焊接拼而成，它们性能的好坏直接决定着机架整体性联结结构的刚度直接影响机器的工作性能。为保证机架刚度应注意改善联结部位的受力状况、合理提高接触表面的平面度公差等级及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右对称布置。 整个机架设计完以后，既要注意满足强度、刚度、稳定性的要求，又要注意外形的美观和人机工程性，方便操作。造型好，使其既适用经济，又美观大方。

第四章、PLC控制系统的设计

4.1 PLC简介

4.1.1 PLC的定义

PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算机 技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义;PLC英文全 称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是： 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编 程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算 术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。

PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条 件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数 据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC最基本 最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制，

顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑 机，印刷机，订书机，智能窗帘，磨床，包装等。目前，PLC在国内外已广泛应 用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环保 及文化娱乐等各个行业，使用广泛。 随着应用领域的日益扩大，PLC技术及其产品仍在继续发展，主要朝着以下的方面发展。 1）微型化、网络化、开放性； 2）智能模块化；

3）编程语言的标准化和高级化； 4）网络通信功能标准化。 5.7PLC的选型及硬件配备

根据上述控制特点，采用小型PLC即可满足功能要求。由于西门子S7-200 系列属于小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样。特别是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。可用梯形图、语句表和功能图三种语言来编程。且指令功能强，易于掌握、操作方便。近年来，S7-200PLC 已在工业各领域得到了广泛的应用。S7-200 CPU22*系列PLC共有五种CPU模块其各自的技术指标见表3.2。，由于存在模拟量输入输出，需要增加模拟量输入输出模块，在西门子S7-200系列PLC中有专门的模拟量I/O扩展模块。 4.1.2 PLC的用途

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1、开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控 制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑。 2、模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和 数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用16路的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、智能窗帘、机器人、电梯等场合。 4、过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行16路的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

4.2 PLC控制系统在烘干线里的实现

此次设计的高尔夫球输送线通过中控系统（PLC控制系统控制）整个机械的动作。其具体控制过程为：人工将高尔夫球杆装上专用的高尔夫球杆夹具上面，该夹具通改过气缸驱动三爪卡盘，通过调节气缸的行程，可以针对?10??60直径的高尔夫球杆进行夹紧。气缸旁边装有接近开关，当传感器感应到高尔夫球杆，就会反馈信号给PLC，PLC就通过电磁阀控制气缸动作，从而实现高尔夫球杆的夹紧。同时，PLC控制系统控制电机转动，一次进入喷漆、烘干工位。喷漆，烘干装置前面入口处都装有光电传感器，当感应到高尔夫球杆的到来，喷漆、烘干装置开始动作，接着高尔夫球杆随着输送带继续运行，直到预定的下料位置，当传感器感应到了球杆的到来，通过反馈型号给PLC系统控制电磁阀从而来控制气缸松开高尔夫球杆，高尔夫球杆自动落下，掉入指定的位置。

第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核

5.1轴承强度的校核

轴承的选用在以上的说明中已经给出，选用的是深沟球滚子轴承，型号为6205，其基本参数为主要是额定载荷：

Cr=240000N，C0r =322000N，e=0.23,Y1=2.5,Y2?4.4，假定轴承的寿命为3年，每天工作10小时，一年工作300天，所以轴承的基本额定动载荷可按一下公式进行计算：

fhfmfdP?C0rffC=nt

其中：C—基本额定动载荷计算值，N；

P—当量动载荷，按式p?XFr?YFa计算，Fr为轴承所受径向载荷， 轴向动载荷，X为径向动载荷系数，Y为轴向动载荷系数；

fh—寿命因数，按表7-2-8选取；

fnfmfdfT—速度因数，按表7-2-9选取； —力矩载荷因数，力矩较小时

fm=1.5,力矩较大时

fm=2;

—冲击载荷因数,按表7-2-10选取; —温度系数,按表7-2-11选取;

—轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷;

fhC0r由表查得=1.19,

Fafn=0.366,

fm=1.5,

fd=1.2（中等冲击）,

fT=;1.0；

因为轴向载荷即

=0，即Fa/Fr?e，所以当量动载荷P?X?0?Y1?Fr

，

P?2.5?24368?60920P?Y1?Fr，

C?fhfmfd1.19?1.5?1.2P??60920?309228.26fnft0.366? C0r ,所以此轴承选的合适,能满

足要求。

5.2方管强度的校核

根据方管承载力计算公式：

M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座

W=b?h?h?h12（仅用于矩形截面)

距离，L跨度，L=a+c)

f=M/W≤材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。 M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1000mm 则M=13456N.M

W=b?h?h?h212，初定方管为40x40x3的方管和40x40x3，计算W得出10.42cm

由于f=M13456N46==1212.35?10Pa=12.12?10Pa2W10.42cm

折算后位12Mpa；

查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375~500Mpa，由于12Mpa远远小于375Mpa，所以初定方管40x40x3满足要求。

由计算得出可以使用40x40x3的方管，初定设计计算得出方管总体架尺寸为长6500㎜、宽1560㎜，高540mm。

5.3传动轴强度的校核

轴的强度计算一般可分为三种：1）按扭转强度或刚度计算；2）按弯扭合成强度计算；3）精确强度校核计算。

当轴的支撑位置和轴所受的载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定，支撑反力及弯矩可求得时，可按照弯曲或者弯扭合成强度进行轴的强度计算。作用在轴上的载荷一般按集中载荷考虑，如本设计中的带传动对轴的力，其作用点取在轮缘宽度的中点。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁，一般轴的支点近似取为轴承宽度中点。

由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，很少的扭转强度，是根据扭转强度设计，

应校核轴的弯曲强度，首先分析轴的受力，左端受的是圆锥筛的重力，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。

左端的作用力包括筛自身的重力、物料的重力、物料旋转产生的离心力。所以

考虑圆锥筛对轴产生作用力时，仅是一个经验数据。

轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也就是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别的轴径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是否满足条件。我所校核的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力?b不超过许用弯曲应力[?b]，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。然后作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，作出合成弯矩图和转矩图应用公式

M'?M2?(?T)2绘出当量弯矩图，式中?是根据转矩性质而定的应力校正系数。

对于不变的转矩，取?=矩取??1。

[??1b][?] ；对于脉动的转矩，取???1b；对于对称循环的转[??1b][?0b][??1b]是材料在对称循环应力状态下的许用弯曲应力； [??1b]是材料在静应力状态下的许用弯曲应力； [?0b]是材料在脉动循环应力状态下的许用弯曲应力；

在锥筛的设计过程中，轴的材料为45#钢，其基本参数为?B?600MPa，

[??1b]?200MPa，[??1b]?55MPa，[?0b]?95MPa；应满足 下列条件：

M'M'?b???[??1b] 或

W0.1d3M' W为轴的抗弯截面系数； d?30.1[??1b]轴的受力，轴左端是锥筛对轴的力也就是锥筛的重力，右端是带轮对轴的压力。

具体受力情况如下图：

由材料力学的相关知识可得：

G?328.5?R2?295?F??187.5?295? 3846.5?328.5?R2?295?3100.34?483.5 解得：R2?787.6N 由G?F?R1?R2

.24N 得：R1?6159 可得轴的弯矩图则如下：

轴所受的转矩如下：

T?9549?P26.4?9549??257300N?M n980转矩图如下：

?=55[??1b]?0.275； =

[??1b]200所以，M'?M2?(?T)2=?M2?(0.275?257300) 所以当量弯矩图为：

可知轴承的危险截面在左边轴承支撑处，根据轴的校核条件可以算出：

M'1265475.8?b???24.7MPa????1b?； 3W0.1?80即： d?3M'1265475.8?3?61.28mm

0.1????1b?0.1?55所以：根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。

第六章、结构设计及三维建模

6.1电机的三维建模

6.2立柱的三维建模

6.3风机的三维建模

6.4高尔夫球喷漆烘干线的三维建模

第七章、三维软件设计总结

通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。

有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。 工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。

作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。

规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。

看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。

进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。

尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴，那我们就应该选择第二种方法为好了。

由于此设计的零件都是比较规则的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令，而且很多零件都是拥有对称关系，所以为了节省时间，提高效率，经常会用到镜向特征命令。

一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。

一组视图：用一组视图（其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图）正确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。 尺寸：确定零件各部分形状的大小和位置

技术要求：表明零件在制造和检验是应达到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。

标题栏：注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。

单击【新建文件】图标，系统显示新建SolidWorks文件对话框，双击该对话框中得装配体选项，即可进入装配体工作模式。

调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处，即零件原点与装配体原点重合。 调入一个与第一个零件模型有装配关系的零件模型。分析两个零件之间的装配约束关系，然后选取相应的约束选项进行零件操作。

调入其他与已装配零件有装配关系的零件模型并进行装配。 全部零件装配完毕后，将装配体模型存盘。

结 论

在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度本文所设计的是高尔夫球喷漆烘干线的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。

致 谢

在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。

经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。

四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。

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